[论文解读] The chemical composition of the Orion star-forming region. III. C, N, Ne, Mg and Fe abundances in B-type stars revisited

María-Fernanda Nieva, S. Simón‐Díaz|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 35被引用 47

一句话总结

本研究利用高分辨率光谱和自洽的非局部热动平衡（non-LTE）光谱分析，重新评估了猎户座 OB1 星协中13颗早型B型星的C、N、Ne、Mg和Fe丰度。结果确认了高化学均一性，1σ散度为0.03–0.07 dex，且与当前宇宙丰度标准高度一致，挑战了早期关于猎户座存在显著丰度变化的报告。

ABSTRACT

Early B-type stars are invaluable indicators for elemental abundances of their birth environments. In contrast to the surrounding neutral interstellar matter (ISM) and HII regions their chemical composition is unaffected by depletion onto dust grains and by the derivation of different abundances from recombination and collisional lines. In combination with ISM or nebular gas-phase abundances they facilitate the dust-phase composition to be constrained. Precise abundances of C, N, Mg, Ne, Fe in early B-type stars in the Orion star-forming region are determined in order to: a) review previous determinations using a self-consistent quantitative spectral analysis based on modern stellar atmospheres and recently updated model atoms, b) complement results found in Paper I for oxygen and silicon, c) establish an accurate and reliable set of stellar metal abundances to constrain the dust-phase composition of the Orion HII region in Paper II of the series. A detailed, self-consistent spectroscopic study of a sample of 13 narrow-lined B0V-B2V stars in Ori OB1 is performed. High-quality spectra obtained with FIES@NOT are analysed using a non-LTE method and line-profile fitting techniques, validating the approach by comparison with results obtained in Paper I using line-blanketed non-LTE model atmospheres and a curve-of-growth analysis. The two independent analysis strategies give consistent results for basic stellar parameters and abundances of oxygen and silicon. The extended analysis to C, N, Mg, Ne, and Fe finds a high degree of chemical homogeneity, with the 1sigma-scatter adopting values of 0.03--0.07 dex around the mean for the various elements. Present-day abundances from B-type stars in Ori OB1 are compatible at similar precision with cosmic abundance standard values as recently established from early-type stars in the solar neighbourhood and also with the Sun. (abridged)

研究动机与目标

• 利用更高精度重新测定猎户座星形成区中早型B型星的C、N、Ne、Mg和Fe丰度。
• 解决先前丰度研究中报告的O和Si丰度散度较大（高达0.5 dex）以及C和N丰度散度高达0.45 dex的问题。
• 建立一套可靠且均一的恒星金属丰度数据集，用于约束猎户座 H II 区的尘埃相组成。
• 验证两种独立分析方法的一致性：混合非局部热动平衡方法（Atlas9+Detail+Surface）与分层线性非局部热动平衡方法（Fastwind）。
• 将结果与太阳邻近区的早型星及猎户座的晚型星进行比较，以评估银河系化学演化及太阳起源相关问题。

提出的方法

• 利用北欧光学望远镜上的FIES仪器获取了猎户座OB1中13颗窄线B0 V–B2 V型星的高质量光谱。
• 采用自洽的光谱分析方法，结合Atlas9分层线性局部热动平衡（LTE）模型大气与非局部热动平衡辐射转移计算（通过Detail+Surface代码实现）。
• 应用混合非局部热动平衡方法：使用LTE模型大气，但采用非局部热动平衡线形成过程，以提高原子能级占据数的精度。
• 采用轮廓拟合技术验证丰度测定结果，并最大限度减少系统误差。
• 处理每种元素的多个电离态，并根据Nieva & Przybilla (2010a,b)的建议仔细考虑系统不确定性。
• 通过与论文I（Fastwind非局部热动平衡代码）的结果交叉验证，确保在独立分析框架下的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 猎户座OB1星协中早型B型星的C、N、Ne、Mg和Fe丰度是否化学均一？是否存在显著变化？
• RQ2 本研究得出的丰度与先前报告中O和Si丰度散度达0.4–0.5 dex的研究结果相比如何？
• RQ3 猎户座B型星的丰度在多大程度上与当前宇宙丰度标准（PNB08）及太阳值一致？
• RQ4 混合非局部热动平衡方法（Atlas9+Detail+Surface）能否为大质量恒星分析提供与完整非局部热动平衡Fastwind代码一致的结果？
• RQ5 这些恒星丰度对猎户座 H II 区的尘埃相组成提供了哪些约束？

主要发现

• 13颗B型星中C、N、O、Si、Ne、Mg和Fe的丰度散度较低，1σ散度在均值周围为0.03至0.07 dex之间。
• 猎户座B型星中C、N、O、Ne、Mg、Si和Fe的丰度与当前宇宙丰度标准（PNB08）高度一致，该标准由太阳邻近区早型星定义。
• 结果证实了猎户座OB1区域的高化学均一性，与早期报告的显著丰度变化相矛盾。
• 混合非局部热动平衡方法（Atlas9+Detail+Surface）与Fastwind非局部热动平衡代码结果一致，验证了该方法在大质量恒星丰度分析中的可靠性。
• 猎户座B型星的铁丰度（log ɛ(Fe) ≈ 7.48）与近期从猎户座OB1b区及猎户座星云星团中晚型星获得的测定结果一致。
• 本研究提供了精确、均一且可靠的恒星金属丰度数据集，使对猎户座 H II 区尘埃相组成的稳健约束成为可能，该结果在本系列的第二篇论文中已应用。